Свободнопоршневой двигатель Советский патент 1981 года по МПК F02B71/00 

(54) СВОБОДНОПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания. Известен свободнопоршневой двигатель, содержащий внешний кожух, установленный вокруг рабочего цилиндра, снабженного торцовыми стенкгили, продувочными окнами и наружными направляющими ребрами, для распределения воздуха, турбокомпрессор с приводом JOT газовой турбины и поршень двухстороннего действия,расположенный на направляющей полой втулке и сове ающий возвратно-поступательное движение при подаче в рг1бочий цилиндр топлива 1. При вращении газовой/ турбины воздух, засасываемый турбокомпрессором, поступает в пространство между рабочим цилиндре и внешним кожухом и, ориентированный направляющими ребрами, проходит через продувочные окна непосредственно в- цилиндр обеспечивая, в.определенной мере, сни жение его температуры, а также охлаикдение полой втулки .и поршня двухстороннего действия. Таким образом, интенсивному охлаждению подвергается лишь цилиндро-порш невая группа, однако теплонапряженные элементы двигателя - торцовые стенки газовые турбины и,в определенной степени,направляющая втулка - охлаждаются недостаточно интенсивно и только за счет естественной циркуляции газа, омывающего их,рабочие поверхности. Особенно неблагоприятно ограниченное охлаждение сказывается на свободнопоршневых двигателях, HVietaaifix повышенные значения чисел циклов (п 4000-6000}, вследствие весьма малого времени, отводимого для процесса газообмена. Недостаточное охлаждение существенно сназывается на долговечности указанных элементов, из-за возникновения высоких термических напряжений, обусловленных общим уроввем рабочих параметров теплового процесса двигателя. В итоге при воздушном охлаждении двигателя его максимально допустимая (при заданном ресурсе) мощность ограничена впо ;не определенньш пределом, лимитирующим, помимо всего прочего, область целесообразного применения поршнетурбинных двигателей этого класса, Цель изобретения - повышение эффективности охлаждения наиболее теплонапряженных деталей свободнопоршневого двигателя. По.ставленная цель достигается интенсификации теплообмена и осуществ ляется путем организации проточной циркуляции воздушного потока вокруг наиболее теплонапряженных элементов двигателя. Для этого торцовые стенки с наруж ной стороны свободно-поршневого двигателя снабжены кольцевыми распредел талями со сквозными каналами и ведущими ресиверами, а полая втулка выполнена со сквозными отверстиями для прохода через нее воздуха от турбоком прессора вокруг кожуха и далее через распределители, каналы и ресиверы к поверхности газовых турбин для интен сивного их омывания. Таким образом возникает замкнутый контур принудительной циркуляции и охлаждения, охватываюишй наиболее теплонапряженные элементы двигателя - торцовые стенки, рабочие поверхности газовых турбин и внутреннюю поверхность полой втулки. Помимо благоприятного влияния на долговечность и работоспособность указанных элементов двигателя, организация их интенсивного охлаждения способствует расширению областей применения свободнопоршневых двигате лей с воздушным охлаждением, за счет Некоторого увеличения их максимально допустимой мощности., На чертеже изображен свободнопорш невой двигатель. Свободнопоршневой двигатель содер жит кожух 1, установленный вокруг ра бочего цилиндра 2, снабженного торцевыми стенками 3 и наружными ребрами 4 для направления воздуха от турбокомпрессора 5, вращаемого, по мень шей мере, одной газовой турбиной б, через продувочные окна 7 к поршню двухстороннего действия 8, перемещающемуся по направляющей втулке 9, снабженной отверстиями 10, для прохода воздуха до ее внутренней полост 11 к кольцевым распределителям 12, у тановленным на внутренней поверхности 13 торцовых стенок 3, имеющих сквозные каналы 14 и ресиверы 15 с внешней стороны 16 стенок 3 для распределения охлажлающего воздуха через центральное отверстие 17 вдоль поверхности дисков 18 газовых турбин 6. Функционирует двигатель и его сис тема охлаждения следующим образом. Воздух, сжимаемый турбокомпрессоом 5, вращаемым газовой турбиной 6, оступает в пространство между кожуом 1 вокруг рабочего цилиндра 2 и, роходя между наружньлми ребрами 4, астично отводит тепло, выделяемое ри сгорании топлива, и поступает ерез продувочные окна 7 в цилиндр 2 а счет разрежения, образующего при еремещении поршня двухстороннего ействия 8. Далее воздух поступает ерез отверстия 10 втулки 9 в ее внутеннюю полость 11 к кольцевым воздуораспределителям 12 на внутренней о верхнЬсти 13 торцовых стенок 3, проходит через сквозные каналы 14 к ресиверу охлаждающего воздуха 15, расположенному с внешней стороны 16 стенок 3 и из него сквозь центральное отверстие 17 к поверхности рабочих дисков 18 газовых турбин. Таким образом, охлаждающий воздух поступает к наиболее теплонапряженным деталям свббоднопоршневого двигателя - поршню, полой втулке, торцовым стенкам рабочего цилиндра и газовым турбинам, снижая температуру их рабочей поверхности и интенсифицируя отвод тепла. Формула изобретения Свободнопоршневой двигатель, содержащий кожух, установленный вокруг рабочего цилиндра, снабженного торцовыми стенками, продувочными окнами и наружными направляющими ребрами, турбокомпрессор с приводом от газовой турбины и поршень двухстороннего действия, расположенный на направляющей ПОЛОЙ втулке, о т л и чаю щи и ся тем, что, с цель повышения эффективности охлаждения путем интенсификации теплообмена, торцовые стенки с наружной стороны снабжены кольцевыми распределителями со сквозными каналами и ресиверами, а втулка выполнена с отверстиями для прохода воздуха от турбокомпрессора через распределители, каналы и ресиверы к поверхности газовых турбин. Источники информации, принятые во .внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 524001, кл. F 0-2 В 71/00.

Id

12 / 16 5